DE10149905B4 - Control system for a hybrid electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Steuerungssystem für den Antriebsstrang eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, das umfaßt:
einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor (20), einem Elektromotor/Generator (22) und einer Trennkupplung (24) zwischen dem Verbrennungsmotor (20) und dem Elektromotor/Generator (22);
und einen Fahrzeugsystemregler (36), der einen Motorregler (38) zum Regeln des Verbrennungsmotors (20) und einen Elektromotor/Generator-Regler (42) zum Regeln des Elektromotors/Generators (22) umfaßt;
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fahrzeugsystemregler eine Vorwegnahmefunktion umfaßt, die den Wert und die Größe der Veränderung der Gaspedalstellung (%) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zur Berechnung des Leistungsbedarfs (P) verwendet und die verbleibende Zeit bestimmt, bis der Leistungsbedarf eine bestimmte Schwelle nahe des maximalen Vermögens des Elektromotors/Generators (22) überschreitet.Control system for the powertrain of a hybrid electric vehicle, comprising:
a powertrain having an internal combustion engine (20), an electric motor / generator (22) and a disconnect clutch (24) between the internal combustion engine (20) and the electric motor / generator (22);
and a vehicle system controller (36) including an engine controller (38) for controlling the internal combustion engine (20) and an electric motor / generator controller (42) for controlling the electric motor / generator (22);
characterized,
in that the vehicle system controller includes an anticipatory function which uses the value and the magnitude of the accelerator pedal position (%) and the vehicle speed (v) to calculate the power demand (P) and determines the remaining time until the power demand reaches a certain threshold near the maximum capacity of the electric motor / generator (22) exceeds.

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Description

Bereich der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEF) und insbesondere auf eine Methode und System zur Verbesserung der Wirksamkeit und des Fahrverhaltens der HEF, Überwachung des Wertes der Fahrzeugkomponenten und ihrer Austauschhäufigkeit, wobei die Anforderung des Fahrers vorweggenommen wird, so dass unvorhergesehene oder unerwünschte Motorfehlstarts und Leistungslücken vermieden werden.The The present invention relates generally to hybrid electric vehicles (HEF) and in particular to a method and system for improvement the effectiveness and handling of the HEF, monitoring the value of the vehicle components and their exchange frequency, the driver's requirement being anticipated, so that unforeseen or unwanted Engine failure starts and performance gaps be avoided.

Die Notwendigkeit zur Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und des Schadstoffausstoßes durch Automobile und andere Fahrzeuge durch innere Verbrennungsmotoren (IVM) angetriebene Fahrzeuge ist allgemein bekannt. Es wird versucht, diesen Notwendigkeiten durch Fahrzeuge mit Elektromotor zu begegnen. Elektrofahrzeuge sind jedoch hinsichtlich Fahrbereich und Leistungsbereich beschränkt und benötigen erhebliche Zeit zum Nachladen ihrer Batterien. Eine alternative Lösung besteht in der Kombination eines IVM und eines elektrischen Traktionsmotors in einem Fahrzeug. Solche Fahrzeuge werden technisch als Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEF) bezeichnet. Siehe allgemein, US 5 343 970 A (Severinsky). HEF verringern Emissionen und Kraftstoffverbrauch, denn es kann ein kleinerer Motor eingesetzt werden und dieser kann unter bestimmten Bedingungen sogar abgestellt werden.The need to reduce the consumption of fossil fuels and pollutant emissions from automobiles and other vehicles powered by internal combustion engine (IVM) vehicles is well known. It tries to meet these needs by vehicles with electric motor. Electric vehicles, however, are limited in terms of driving range and power range and require considerable time to recharge their batteries. An alternative solution is to combine an IVM and an electric traction motor in a vehicle. Such vehicles are technically referred to as hybrid electric vehicles (HEF). See generally, US 5,343,970 A (Severinsky). HEF reduces emissions and fuel consumption, as a smaller engine can be used and it can even be turned off under certain conditions.

Das HEF ist in einer Reihe von Konfigurationen beschrieben worden. Viele HEF-Patente offenbaren Systeme, bei denen ein Bediener zwischen dem Betrieb des Elektromotors und des inneren Verbrennungsmotors wählen muss. Bei anderen Konfigurationen treibt der Elektromotor einen Satz von Rädern an, und der IVM treibt einen anderen Satz von Rädern an.The HEF has been described in a number of configurations. Lots HEF patents disclose systems where an operator between the operation of the electric motor and of the internal combustion engine got to. In other configurations, the electric motor drives one Set of wheels and the IVM powers a different set of wheels.

Andere, nützlichere Konfigurationen sind entwickelt worden. Zum Beispiel ist ein Serien-Hybrid-Elektrofahrzeug (SHEF) ein Fahrzeug mit einem Motor (am typischsten ein IVM), der einen Generator betreibt. Der Generator wiederum liefert Elektrizität für eine Batterie und einen elektrischen Traktionsmotor, der mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges gekoppelt ist. Zwischen dem Motor und den Antriebsrädern besteht keine mechanische Verbindung. Ferner ist ein Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEF) ein Fahrzeug mit einem Motor (am typischsten ein IVM), Batterie und elektrischem Traktionsmotor, die gemeinsam für die Antriebsräder des Fahrzeuges Drehmoment bereitstellen.Other, more useful Configurations have been developed. For example, a series hybrid electric vehicle (SHEF) a vehicle with a motor (most typically an IVM), the operates a generator. The generator in turn provides electricity for a battery and an electric traction motor connected to the drive wheels of the Vehicle is coupled. There is between the engine and the drive wheels no mechanical connection. Furthermore, a parallel hybrid electric vehicle (PHEF) a vehicle with a motor (most typically an IVM), battery and electric traction motor, common to the drive wheels of the vehicle Provide torque.

Ein Parallel-/Serien-Hybrid-Elektrofahrzeug (PSHEF) besitzt die Eigenschaften des PHEF und des SHEF. Das PSHEF ist auch bekannt als Konfiguration mit Drehmomentverteilung (oder Leistungsverteilung) des Antriebsstrangs. Beim PSHEF kann das Motordrehmoment dazu benutzt werden, einen Generator anzutreiben und/oder zum benötigten Drehmoment von Rad oder Abtriebswelle beizutragen. Der Generator kann Elektrizität für die Batterie erzeugen oder er kann zum benötigten Drehmoment von Rad oder Abtriebswelle beitragen. Der Traktionsmotor wird benutzt, um zum benötigten Drehmoment von Rad oder Abtriebswelle beizutragen und kann bei Einsatz einer regenerativen Bremsanlage benutzt werden, um Bremsenergie für die Batterie rückzugewinnen.One Parallel / Series Hybrid Electric Vehicle (PSHEF) has the features the PHEF and the SHEF. The PSHEF is also known as configuration with torque distribution (or power distribution) of the powertrain. With the PSHEF, the engine torque can be used to drive a generator to drive and / or to the required Contribute torque from the wheel or output shaft. The generator can electricity for the Generate battery or he can to the required torque of wheel or Contribute output shaft. The traction motor is used to required Torque can contribute from wheel or output shaft and can be used a regenerative braking system used to brake energy for the battery recover.

Die Wünschbarkeit der Kombination des IVM mit einem Elektromotor liegt auf der Hand. Kraftstoffverbrauch und Schadstoffe werden ohne nennenswerten Verlust von Leistung oder Fahrbereich des Fahrzeugs verringert. Dennoch bleibt noch erheblicher Raum für die Entwicklung von Wegen zur Optimierung des HEF-Betriebs. Dazu gehört die Notwendigkeit zu sichern, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs stetig, vorhersehbar und angenehm für den Kunden ist und dabei auch Wirksamkeit gewahrt wird.The desirability The combination of the IVM with an electric motor is obvious. Fuel consumption and pollutants are without significant loss reduced power or driving range of the vehicle. Yet there is still considerable room left for the development of ways to optimize HEF operation. To belongs the need to ensure that the driving behavior of the vehicle steady, predictable, and enjoyable for the customer and that also effectiveness is maintained.

Kritische Elemente für die Realisierung eines annehmbaren Standes beim Fahrverhalten sind die Häufigkeit und die Art der Anlass- und Abstellereignisse des Motors. Häufiges Anlassen und Abstellen des Motors kann ärgerlich sein, besonders, wenn sie nicht als Folge einer bewussten Handlung des Fahrers erfolgen. Zum Beispiel werden manche Anlass- und Abstellvorgänge durch eine Energiemanagementstrategie (EMS) gesteuert, die danach strebt, die Antriebe von Verbrennungsmotor und Elektromotor aufeinander abzustimmen, um maximale Kraftstoffsparsamkeit zu erreichen. Beispielsweise könnte die EMS den Verbrennungsmotor anlassen, wenn der Bedarf eine bestimmte Antriebsleistungsschwelle überschreitet. Der Verbrennungsmotor muss auch starten, wenn die Leistungsanforderung durch den Fahrer höher ist, als vom elektrischen System zur Verfügung steht.critical Elements for the realization of an acceptable level of driving behavior the frequency and the nature of the starting and stopping events of the engine. Frequent starting and stopping the engine can be annoying especially if they are not as a result of a conscious act done by the driver. For example, some startup and shutdown operations are performed by an energy management strategy (EMS) that seeks to the drives of combustion engine and electric motor on each other to achieve maximum fuel economy. For example could the EMS will start the engine if the need is a specific one Exceeds drive power threshold. The internal combustion engine must also start when the power requirement higher by the driver is than is available from the electrical system.

Häufige, ärgerliche, hohe Emissionen verursachende und für den Verbrennungsmotor verschleißintensive "Fehlstarts" können auftreten, wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird, der Leistungsbedarf dann jedoch nur sehr kurzzeitig über der Antriebsleistungsschwelle, jedoch noch innerhalb des Fahrvermögens liegt. Das kann beim schnellen Einscheren in einen ansonsten langsamen Verkehr oder beim raschen Beschleunigen in dichtem Verkehr auftreten. Andererseits stellt das Anlassen eines Verbrennungsmotors eine Herausforderung dar, weil sein Moment nicht sofort zur Verfügung steht. Eine ärgerliche Leistungslücke entsteht, wenn der Verbrennungsmotor nicht etwas vor dem tatsächlichen Bedarf angelassen wird. Frequent, annoying, High-emission and "engine start-up" malfunctioning combustion engines can occur, if the engine is started, then the power requirement but only for a short time the drive power threshold, but still within the Fahrvermögens lies. This can be done in a slow slow down in an otherwise slow Traffic or rapid acceleration in dense traffic. On the other hand, starting an internal combustion engine poses a challenge because his moment is not immediately available. An annoying one performance gap arises when the internal combustion engine is not something before the actual Need is tempered.

Ein HEF-Regler(FSR) muss daher zwei Kritische Modenübergänge steuern. Der erste ist der Übergang vom stehenden Fahrzeug mit abgestelltem Verbrennungs motor zu einem Fahrzeug, das elektrischen Antrieb benutzt. Der zweite ist der Übergang vom elektrischen Antrieb zur Verbrennungsmotorleistung als Reaktion auf eine höhere Fahreranforderung. (Diese Fahreranforderung sollte nicht mit einer weniger zeitkritischen Variante des gleichen Übergangs verwechselt werden, wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird, weil eine Batterie geladen werden soll). Die rechtzeitige Vorbereitung auf diese Übergänge wird durch "Antizipatoren" erreicht.One HEF controller (FSR) must therefore control two critical mode transitions. The first one is the transition from the stationary vehicle with the combustion engine turned off to one Vehicle using electric drive. The second is the transition from the electric drive to the engine power in response to a higher one Driver request. (This driver request should not with a less time-critical variant of the same transition be confused when the internal combustion engine is started because a battery is charging shall be). The timely preparation for these transitions will achieved by "anticipators".

Bei HEF-Betriebsstrategien entsprechend dem bisherigen Stand der Technik erfolgt die Entscheidung zum Anlassen des Verbrennungsmotors als Reaktion auf eine Antriebsanforderung des Fahrers entsprechend Fahrzeuggeschwindigkeit und Antriebskraft. Die Antriebsleistung wird aus Drehmoment und Motordrehzahl bestimmt. Der Gesamtleistungsbedarf für das HEF besteht nicht nur aus der Gesamt antriebskraft, sondern beinhaltet auch alle anderen Lasten, wie Nebenaggregate und Klimaregelung. Übersteigt dieser Gesamtleistungsbedarf eine vorbestimmte Schwelle, wird Leistung vom Verbrennungsmotor und daher das Anlassen dieses Motors benötigt. Ist der Gesamtleistungsbedarf unter dem vorbestimmten Wert, stellt allein der Elektromotor Moment für den Antriebsstrang bereit. Eine Hystereseschleife ist in diese vorbestimmten Werte eingebunden, um ein zu rasches Wechseln zwischen den Betriebsarten zu vermeiden, wenn sich das Fahrzeug diesen Leistungsschwellen nähert.at HEF operating strategies according to the prior art the decision is made to start the engine as Reaction to a drive request of the driver according to vehicle speed and driving force. The drive power is made up of torque and Engine speed determined. The total power requirement for the HEF not only consists of the total driving force, but includes Also all other loads, such as ancillaries and climate control. exceeds this total power requirement becomes a predetermined threshold, becomes power from the combustion engine and therefore the starting of this engine needed. is the total power requirement below the predetermined value alone the electric motor moment for the drive train ready. A hysteresis loop is in this predetermined Values involved in order to switch between the operating modes too quickly to avoid when the vehicle approaches these performance thresholds.

Das Problem bei diesem System entsprechend dem bisherigen Stand der Technik ist der Leistungszwischenbereich über der Leistung, bei der es wirtschaftlicher ist, mit laufendem Verbrennungsmotor zu fahren (vielleicht fünf bis zehn kW für ein typisches Kompakt- bis Mittelklassefahrzeug) und unterhalb des höchsten Leistungsvermögens allein mit dem Elektromotor, bei dem der Verbrennungsmotor abgestellt bleiben kann (zwanzig bis vierzig kW für das gleiche Fahrzeug). Beim Fahren allein mit Elektroantrieb müsste ein kurzzeitiger Leistungsbedarf in diesem Zwischenbereich ohne Anlassen und wieder sofortigem Abstellen des Verbrennungsmotors ausgeglichen werden. Daher wird eine neue Antizipatorstrategie benötigt, um die Wirtschaftlichkeit und das Fahrverhalten des HEF durch vorheriges Erkennen der Notwendigkeit eines Zustands- bzw. Modenwechsels möglichst in unmittelbarer Nähe des vorbestimmten optimalen Moments zu verbessern, um dadurch bei gleichzeitiger Verringerung oder Ausschaltung von "Fehlstarts" des Verbrennungsmotors einen nahtlosen Übergang zu erhalten.The Problem with this system according to the prior art of Technique is the intermediate performance range over the performance at which it is is more economical to drive with running internal combustion engine (maybe five to ten kW for a typical compact to mid-size vehicle) and below the highest performance alone with the electric motor, in which the internal combustion engine remain parked can (twenty to forty kW for the same vehicle). When driving alone with electric drive would have a short-term power requirement in this intermediate area without starting and balanced again immediately shutdown of the engine become. Therefore, a new anticipator strategy is needed to the economy and the handling of the HEF by previous Recognizing the need for a state or mode change as possible close of the predetermined optimum moment to thereby contribute Simultaneous reduction or elimination of "false starts" of the internal combustion engine a seamless transition to obtain.

Eine erfolgreiche Funktion des "Antizipators" muss vorwegnehmen: 1) dass der Leistungsbedarf wahrscheinlich über der Antriebsleistungsschwelle aber ohne weiteres innerhalb des Vermögens von Elektromotor/Batterie bleiben wird und der Verbrennungsmotor daher so nahtlos wie möglich angelassen werden sollte oder 2) dass der Leistungsbedarf innerhalb kurzer Zeit wahrscheinlich das Vermögen von Elektromotor/Batterie übersteigt und der Verbrennungsmotor schnell in Kickdown-Manier angelassen werden sollte. Im zuletzt genannten Fall muss ein ausreichen des Motordrehmoment in Reserve gehalten werden, um die plötzliche Last des Drehmotors auszugleichen.A successful function of the "anticipator" must anticipate: 1) that the power requirement is probably above the drive power threshold but readily within the fortune of electric motor / battery remain and the internal combustion engine therefore as smooth as possible annealed should or 2) that the power needs within a short time Time probably the fortune of electric motor / battery exceeds and the engine should be started quickly in kickdown fashion. in the last case must be enough of the engine torque in Reserve held to the sudden load of the rotary motor compensate.

Aus der EP 0 769 402 A2 ist ein Steuerungssystem für eine Hybrid-Elektrofahrzeug bekannt, durch das das Hybrid-Elektrofahrzeug in einem Leerlaufmodus und in einem Fahrmodus betrieben werden kann. Auf der Grundlage verschiedener Sensoren kann vorhergesagt werden, daß die Leistungsanforderung steigt. Dies kann bei der Steuerung des Hybrid-Elektrofahrzeugs berücksichtigt werden.From the EP 0 769 402 A2 a control system for a hybrid electric vehicle is known, by which the hybrid electric vehicle can be operated in an idle mode and in a drive mode. Based on various sensors, it can be predicted that the power requirement will increase. This can be taken into account in the control of the hybrid electric vehicle.

Aus der DE 44 22 636 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Bereitstellung von Leistung durch eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einem eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und einen elektrischen Energiespeicher enthaltenden Hybridantrieb bekannt. Die Brennkraftmaschine kann bereits zu einem vorgegebenen früheren Zeitpunkt gestartet werden, damit bei Erreichen der Fahrzeuggeschwindigkeit die ab dann erforderliche Leistung sicher bereitgestellt werden kann. Es kann eine bestimmte Startzeit angenommen werden, wodurch der Start der Brennkraftmaschine um einen vorgegebenen früheren Zeitpunkt als zu dem zur Bereitstellung der erforderlichen Leistung gewünschten Zeitpunkt vorgenommen werden kann.From the DE 44 22 636 A1 A method is known for automatically controlling the provision of power by an internal combustion engine in motor vehicles with a hybrid drive including an internal combustion engine, an electric motor and an electrical energy store. The internal combustion engine can already be started at a predetermined earlier time, so that when reaching the vehicle speed from then required power can be safely provided. It may be assumed that a certain start time, whereby the start of the internal combustion engine can be made by a predetermined earlier time than the desired time to provide the required power.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Entsprechend ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, das Fahrverhalten und die Wirtschaftlichkeit des Antriebsstrangsystems eines Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEF) zu verbessern, so dass das HEF sich für den Fahrzeugführer vorhersehbar und angenehm verhält.Corresponding It is an object of the present invention, the driving behavior and the economics of the powertrain system of a parallel hybrid electric vehicle (PHEF) so that the HEF is predictable for the driver and behaves pleasantly.

Insbesondere ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Strategie zur Vermeidung des unvorhersehbaren oder unerwünschten Anlassens des Verbrennungsmotors vorzusehen, indem die Notwendigkeit für den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs vorweggenommen wird und "Fehlstarts" des Verbrennungsmotors oder die Entstehung ärgerlicher Leistungslücken bei der Leistung des Verbrennungsmotors vermieden werden.Especially It is an object of the present invention, a strategy to avoid the unpredictable or undesirable starting of the internal combustion engine Provide for the need for the internal combustion engine of the Vehicle is anticipated and "false starts" of the internal combustion engine or the emergence annoying performance gaps be avoided in the performance of the internal combustion engine.

Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, Starts des Verbrennungsmotors durch Überwachung der Werte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahreranforderung sowie des Maßes ihrer Veränderung vorwegzunehmen.It is another object of this invention, starts the engine by monitoring the Values for the vehicle speed and the driver demand as well as the measure to anticipate their change.

Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, eine Vorwegnahmestrategie bereitzustellen, die eine mathematische Funktion einer vorher festgelegten Menge von Systemveränderlichen, wie Hauptzylinderdruck (HZD), Drosselklappenstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugmasse und Straßengefälle und bei Bedarf des Einbeziehens der zeitlichen Veränderung dieser Systemveränderlichen ist. Schätzwerte der verbleibenden Zeit vom Augenblick der Schätzung bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeugsystem die Fahreranforderung im aktuellen Modus nicht mehr erfüllen kann, werden bestimmt. Wenn die vor dem bevorstehenden Übergang geschätzte verbleibende Zeit sich dem für die glatte Ausführung des Übergangs erforderlichen Zeitpunkt annähert, wird ein Übergangsbefehl ausgeführt.It is another object of this invention, an anticipatory strategy provide a mathematical function of a predetermined Amount of system changers, such as master cylinder pressure (HZD), throttle position, vehicle speed, Vehicle mass and road grade and if necessary, the inclusion of the temporal change of these system variables is. estimates the time remaining from the moment of the estimate to the time where the vehicle system the driver request in the current mode no longer meet can be determined. If the remaining estimated before the impending transition Time for that the smooth execution of the transition approaching the required time, becomes a transitional command executed.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ABBILDUNGENSHORT SUMMARY THE PICTURES

1 zeigt die allgemeinen Komponenten des Antriebsstrangs eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEF) mit einer Kupplung zum Trennen des Verbrennungsmotors und einem Fahrzeugsteuerungssystem. 1 shows the general components of the powertrain of a hybrid electric vehicle (HEF) with a clutch for disconnecting the internal combustion engine and a vehicle control system.

2 zeigt die Zustandsermittlung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEF). 2 shows the state determination of a hybrid electric vehicle (HEF).

3 zeigt die Fahreranforderungsfunktion eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEF). 3 shows the driver request function of a hybrid electric vehicle (HEF).

4 zeigt ein Drehmomentdiagram eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEF). 4 shows a torque diagram of a hybrid electric vehicle (HEF).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEF). Obwohl sich die bevorzugte Ausführungsform auf ein Parallel-HEF bezieht, könnte die Erfindung auf jede HEF-Konfiguration angewendet werden.The The present invention relates generally to hybrid electric vehicles (HEF). Although the preferred embodiment is a parallel HEF could, could the invention can be applied to any HEF configuration.

1 zeigt die allgemeinen Komponenten des Antriebsstranges vor dem Getriebe eines Parallel-HEF mit einer Trennkupplung für den Verbrennungsmotor. (Hinweis: Diese Vor-Getriebe-Konfiguration wird in einer USPTO-Anwendung unter Einbeziehung von Bekanntmachung Nr. 200-0015 von Ford Global Technologies beschrieben). Ein Verbrennungsmotor 20 ist über eine Trennkupplung 24 mit einem Elektromotor/Generator 22 verbunden. Eine Batterie 26 ist über Wechselrichter 34 mit dem Elektromotor/Generator 22 verbunden und ermöglicht das Fließen von elektrischem Strom zu und von den beiden Komponenten. Der Elektromotor/Generator 22 ist mit einem Leistungsübertragungsaggregat 28, wie zum Beispiel einer Antriebswelle, verbunden, die über ein Getriebe 32 mit Rädern 30 des Fahrzeugs verbunden ist. Damit fließt Momentenergie von Verbrennungsmotor 20 und Elektromotor/Generator 22 durch das Leistungsübertragungsaggregat 28 zu den Rädern 30. 1 shows the general components of the drive train before the transmission of a parallel HEF with a clutch for the internal combustion engine. (Note: This pre-transmission configuration is described in a USPTO application, incorporating Announcement No. 200-0015 from Ford Global Technologies). An internal combustion engine 20 is via a separating clutch 24 with an electric motor / generator 22 connected. A battery 26 is about inverters 34 with the electric motor / generator 22 connected and allows the flow of electricity to and from the two components. The electric motor / generator 22 is with a power transmission unit 28 , such as a drive shaft, connected via a transmission 32 with wheels 30 of the vehicle is connected. Thus, momentum energy flows from internal combustion engine 20 and electric motor / generator 22 through the power transmission unit 28 to the wheels 30 ,

Alle Komponenten des Antriebsstrangs werden durch einen Fahrzeugsystemregler (FSR) 36 gesteuert. Unter der vorrangigen Regelung durch den FSR 36 hat jede Komponente des Antriebsstranges einen separaten Regler. Ein Motorregler 38 regelt den Verbrennungsmotor 20. Für diese Anwendung würde eine elektronische Drosselklappensteuerung benutzt. Die Trennkupplung 24 wird durch einen Kupplungsregler 40 gesteuert. Der Elektromotor/Generator 22 wird von einem Elektromotor/Generator-Regler 42 gesteuert. Das Getriebe 32 wird von einer Getriebereglereinheit 44 gesteuert. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe 32 ein wandlerloses Elektronikgetriebe (WLEG). Das WLEG ist ein Hochleistungs-Synchronlastschaltgetriebe, abgeleitet von einem nach dem Stand der Technik aktuellen Massenprodukt. Die Drehmomentverstärkerfunktion des Drehmomentwandlers wird durch den Elektromotor/Generator 22 bereitgestellt. Der Elektromotor/Generator 22 wird auch zur Schaltsynchronisierung und dynamischen Steuerung benutzt.All powertrain components are powered by a vehicle system controller (FSR) 36 controlled. Under the priority regulation by the FSR 36 Each component of the powertrain has a separate regulator. An engine controller 38 regulates the internal combustion engine 20 , For this application, an elec used tronic throttle control. The separating clutch 24 is through a clutch regulator 40 controlled. The electric motor / generator 22 is powered by an electric motor / generator regulator 42 controlled. The gear 32 is from a transmission control unit 44 controlled. In the preferred embodiment, the transmission is 32 a convertible electronic gearbox (WLEG). The WLEG is a high performance synchronous load gearbox derived from a state-of-the-art mass-produced product. The torque converter function of the torque converter is provided by the electric motor / generator 22 provided. The electric motor / generator 22 is also used for switching synchronization and dynamic control.

Eine Fahrzeugbremsanlage wird durch eine regenerative Bremssteuerung 46 geregelt, und die Batterie wird durch einen Batterieregler 48 gesteuert.A vehicle brake system is powered by a regenerative brake control 46 regulated, and the battery is powered by a battery regulator 48 controlled.

Da der Verbrennungsmotor 20 vom Elektromotor/Generator 22 und Leistungsübertragungsaggregat 28 getrennt werden kann, bestehen drei potenzielle Zustände des Antriebsstrangs. Diese Zustände beruhen auf unterschiedlichen Fahrzeuganforderungen und Befehlen an den FSR 36 und beinhalten: nur den Verbrennungsmotor 20; nur den Elektromotor/Generator 22; oder den Verbrennungsmotor 20 und den Elektromotor/Generator 22 kombiniert. Die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ist eine Strategie, um festzulegen, wann der Verbrennungsmotor entsprechend der Fahreranforderung zu- bzw. abgeschaltet werden sollte.As the internal combustion engine 20 from the electric motor / generator 22 and power transmission unit 28 There are three potential states of the powertrain. These states are based on different vehicle requirements and commands to the FSR 36 and include: only the internal combustion engine 20 ; only the electric motor / generator 22 ; or the internal combustion engine 20 and the electric motor / generator 22 combined. The preferred embodiment of this invention is a strategy for determining when the engine should be powered on or off according to the driver's request.

Eine einfache Maschine innerhalb der Fahrzeugsystemsteuerung 36 eines HEF ist in 2 dargestellt. In dieser Abbildung bezeichnen die Kreise eigentransiente ("selbsterregende") Zustände des Anschaltens und Abschaltens von Fahrzeugsystemen, einschließlich Anlassen und Abstellen des VerbrennungsmotorsA simple machine within the vehicle control system 36 a HEF is in 2 shown. In this figure, the circuits designate self-powered ("self-excited") states of turning on and off vehicle systems, including starting and stopping the internal combustion engine

Die Maschine dieses Zustands hat verschiedene "Merker" und Parameter zur Steuerung der Übergänge zwischen den verschiedenen Fahrzeugzuständen in 2. Ein Merker SCHLÜSSEL EIN 50 und ein Merker SCHLÜSSEL AUS 52 erklären sich selbst. Ein SCHLÜSSEL EIN 50 bewirkt einen Voranlasszustand 78, der zu einem Ruhe IV-AUS 80 führt, wobei der innere Verbrennungsmotor 20 abgestellt ist. Der Merker SCHLÜSSEL AUS 52 bewirkt einen Befehl Abstellen 74 mit nachfolgendem Systemabschaltzustand 76.The engine of this state has various "flags" and parameters for controlling the transitions between the various vehicle states in 2 , A flag KEY ON 50 and a flag KEY OUT 52 explain themselves. A KEY ONE 50 causes a Voranlasszustand 78 , which leads to a calm IV-AUS 80 leads, with the internal combustion engine 20 is turned off. The flag KEY OUT 52 causes a shutdown command 74 with subsequent system shutdown state 76 ,

Merker SYS EIN 54 und SYS AUS 56 stehen für einen "Korb" von Bedingungen, die das Anlassen des Verbrennungsmotors aus anderen Gründen als zur Bedienung einer Fahreranforderung nach Antriebsstrangmoment entsprechend den aktuellen Fahrzeugbedingungen (Geschwindigkeit, Gefälle usw.) verlangen. Dazu gehören, sind aber nicht beschränkt auf: die Temperatur von Motor 20 unter einem vorbestimmten Wert; eine Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einem vorbestimmten Wert; eine Klimaanlage, die auf ihren maximalen Wert eingestellt ist; niedriger Ladezustand der Batterie 26; und Schaltbereichshebel "PRND" in Rückwärtsstellung 58. Der Verbrennungsmotor 20 muss angelassen werden, wenn eine beliebige dieser Bedingungen ansteht und kann abgestellt werden, wenn keine dieser Bedingungen gültig ist.Flag SYS ON 54 and SYS OFF 56 represent a "basket" of conditions that require starting the engine for reasons other than servicing a driveline torque driver request according to current vehicle conditions (speed, grade, etc.). These include, but are not limited to: the temperature of engine 20 below a predetermined value; a temperature of the aftertreatment system below a predetermined value; an air conditioner that is set to its maximum value; low battery charge 26 ; and shift range lever "PRND" in reverse position 58 , The internal combustion engine 20 must be started if any of these conditions are present and may be canceled if none of these conditions are valid.

Der Ruhezustand IV-AUS 80 führt zu einem Zustand "Kaltstart" offene Kupplung 86, zu einem Ruhezustand IV Ein 88 mit Merker SYS Ein 54 oder Rückwärts 58. Die Merker DRV EIN 60 und DRV AUS 62 zeigen die Notwendigkeit zum Anlassen oder Abstellen des Verbrennungsmotors 20 entsprechend der Fahreranforderung "%" (zum Beispiel die Gaspedalstellung) und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit "v" an. Die Merker DRV EIN 60 und DRV AUS 62 werden entsprechend einer Abbildung von % und v gesetzt und gelöscht. Weitere Überlegungen, wie zum Bei spiel d%/dt (Beschleunigungsverhältnis) und Gefälle (sofern "erkennbar") könnten ebenfalls eingeschlossen werden.Hibernation IV-OFF 80 leads to a condition "cold start" open clutch 86 , to a sleep state IV 88 with marker SYS On 54 or backwards 58 , The markers DRV ON 60 and DRV OFF 62 show the need for starting or stopping the internal combustion engine 20 according to the driver demand "%" (for example, the accelerator pedal position) and the current vehicle speed "v". The markers DRV ON 60 and DRV OFF 62 are set and deleted according to a mapping of% and v. Other considerations, such as d% / dt (acceleration ratio) and slope (if "detectable") could also be included.

Ein F BOOST 64 zeigt an, dass die Fahreranforderung nur mit einer Kombination von Elektromoor/Generator 22 und Verbrennungsmotor 20 erfüllt werden kann. Das ist der Boost (I+E)-Antrieb 82. Der KEIN F BOOST 66 bedeutet, dass die Fahreranforderung die Kombination nicht erfordert.A F BOOST 64 indicates that the driver request is only with a combination of Elektromoor / generator 22 and internal combustion engine 20 can be fulfilled. This is the boost (I + E) drive 82 , The NO F BOOST 66 means that the driver request does not require the combination.

Der Merker RGN 68 zeigt an, dass regeneratives Bremsen auftritt. Diese Bedingung wird benutzt, um das Abstellen des Verbrennungsmotors 20 zu verzögern, während hohes negatives Drehmoment über den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen wird, was ein ansonsten möglicherweise unangenehmes Bremsverhalten verhindert. Regeneratives Bremsen kann eigentlich ohne Hauptzylinderdruck (HZD) oder Berühren der Bremse, selbst bei leichtem Gas erfolgen.The flag RGN 68 indicates that regenerative braking is occurring. This condition is used to stop the engine 20 to decelerate while transmitting high negative torque via the vehicle driveline, which prevents otherwise possibly disagreeable braking behavior. Regenerative braking can actually be done without master cylinder pressure (HZD) or brake contact, even with light throttle.

Das "%"ist einfach eine Gaspedalstellung in Prozent des vollen Bereiches von 0 bis 100 Prozent. Die Bezeichnung "Vc" ist eine kritische Drehzahl, unterhalb der der Elektromotor/Generator 22 für einen "Ruckelstart" des Verbrennungsmotors 20 einfach zum Schließen der Trennkupplung 24 zu langsam läuft und zu einem I-Antrieb IV Ein 84 führt, wodurch der Verbrennungsmotor 20 läuft. Der Verbrennungsmotor 20 würde bis unter die Leerlaufdrehzahl gehen oder zu langsam laufen, um das erforderliche Moment abzugeben. Der Elektromotor/Generator 22 muss durch eine Kombination von Herunterschalten des Getriebes und die Möglichkeit des Rutschens der Anfahrkupplung hochdrehen, daher auch die Bezeichnung "Rutschstart" 70.The "%" is simply an accelerator pedal position in percent of the full range from 0 to 100 percent. The term "V c " is a critical speed below which the electric motor / generator 22 for a "jerky start" of the internal combustion engine 20 easy to close the separating clutch 24 runs too slowly and too egg I drive IV 84 leads, causing the internal combustion engine 20 running. The internal combustion engine 20 would go below idle speed or run too slowly to deliver the required torque. The electric motor / generator 22 must rev up by a combination of downshifting the transmission and the possibility of slipping the starting clutch, hence the term "slip start" 70 ,

Der Ruhezustand IV Ein 88 geht über auf einen Zustand IV Stopp 90 mit den Merkern SYS AUS 56, DRV AUS 62 und SCHLÜSSEL AUS 52 und zurück zum Zustand RUHE IV AUS 80. Der Zustand Ruhe IV Ein 88 kann auch auf den Zustand I-Antrieb IV EIN 84 übergehen, wenn (unter Verwendung der oben definierten Terme) % > 0 oder V > 0. Der Zustand I-Antrieb IV Ein 84 kann auch auf den Zustand Ruhe IV Ein 88 übergehen, wenn % = 0 und V = 0.Hibernation IV On 88 goes over to a state IV stop 90 with the flags SYS OFF 56 , DRV OFF 62 and KEYS OUT 52 and back to the REST IV state 80 , The state of rest IV 88 can also be on the state I drive IV ON 84 pass if (using the terms defined above)%> 0 or V> 0. The I drive IV state 84 can also be on the state rest IV 88 skip if% = 0 and V = 0.

Der Zustand Ruhe IV Aus 80 geht auf einen Zustand elektrischer E-Antrieb niedrige Drehzahl 92 über, wenn (unter Verwendung der oben definierten Terme) % > 0 oder V > 0. Der Zustand elektrischer E-Antrieb niedrige Drehzahl 92 kann auch auf den Zustand Ruhe IV Ein 88 übergehen, wenn % = 0 und V = 0.The state of rest IV off 80 goes to a state of low electric speed electric drive 92 over, when (using the terms defined above)%> 0 or V> 0. The state electric electric drive low speed 92 can also be on the state rest IV 88 skip if% = 0 and V = 0.

Der Zustand elektrischer E-Antrieb niedrige Drehzahl 92 geht auf den Zustand "Rutschstart" 70 über, wenn der Merker SYS EIN 54 oder der Merker DRV EIN 60 gesetzt ist, der zum Zustand I-Antrieb IV Ein 84 führt. Der Zustand I-Antrieb IV Ein 84 kann mit den Merkern SYS AUS 56, DRV AUS 62 und RGN AUS 68 zum Zustand IV Stopp 90 führen.The state electric electric drive low speed 92 goes to the state "slip start" 70 over, if the flag SYS ON 54 or the flag DRV ON 60 is set to the state I drive IV A 84 leads. The state I-drive IV on 84 can turn off with the SYS flags 56 , DRV OFF 62 and RGN OFF 68 to state IV stop 90 to lead.

Der Zustand IV Stopp 90 und der Zustand E-Antrieb hohe Drehzahl 94 führt zu dem Zustand elektrischer E-Antrieb niedrige Drehzahl 92, wenn V < Vc. Der Zustand IV Stopp 90 und der Zustand elektrischer E-Antrieb niedrige Drehzahl 92 führen zum Zustand E-Antrieb hohe Drehzahl 94, wenn V > Vc. Schließlich führt der Zustand E-Antrieb hohe Drehzahl 94 mit den Merkern SYS EIN 54 und DRV EIN 60 zum Zustand "Holperstart" 72.The state IV stop 90 and the state E-drive high speed 94 leads to the state electric low-speed electric drive 92 if V <V c . The state IV stop 90 and the state of electric electric drive low speed 92 lead to the state e-drive high speed 94 if V> V c . Finally, the state E-drive high speed 94 with the flags SYS ON 54 and DRV ON 60 to the state "bump start" 72 ,

Bei der Festlegung der Zustandsübergänge rein unter dem Blickwinkel der Kraftstoffeinsparung sollten alle Antriebsstrangmomente unterhalb einer recht niedrigen Antriebskraftschwelle, typischerweise im Bereich von 5 kW bis 12 kW für ein Kompakt- oder Mittelklassefahrzeug, elektrisch sein. Wenn der Verbrennungsmotor 20 läuft, müsste er wenigstens die Schwellenleistung der kombinierten Lasten des Fahrzeugbedarfs und des Ladens der Batterie 26 bringen. Die Schwelle stellt einen Leistungsübergangspunkt dar. Damit haben geringe Fehler des genauen Wertes keine große Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch.In determining state transitions purely from the fuel saving point of view, all powertrain torques should be below a fairly low driving force threshold, typically in the range of 5 kW to 12 kW for a compact or mid-range vehicle. When the internal combustion engine 20 at least it would have to be the threshold power of the combined loads of vehicle demand and battery charging 26 bring. The threshold represents a power transition point. Thus, small errors in the exact value have no major impact on fuel economy.

Ergänzt man zu den Übergängen die Fahreranforderung, werden wenigstens zwei Überlegungen berücksichtigt: 1) ob der momentane Leistungsbedarf bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit die Antriebskraftschwelle übersteigt und 2) ob die angenommene Zeit, in der der Leistungsbedarf bei der aktuellen Gaspedalstellung und Fahrzeugbeschleunigung kleiner als die Zeit wird, die zum Anlassen des Verbrennungsmotors 20 (vorsichtig 0,7 Sekunden) benötigt wird. Eine repräsentative Anforderungsfunktion ist in 3 dargestellt.Adding to the transients the driver demand, at least two considerations are considered: 1) if the current power demand at the current vehicle speed exceeds the drive force threshold, and 2) the presumed time in which the power demand at the current accelerator pedal position and vehicle acceleration becomes less than the time used to start the internal combustion engine 20 (careful 0.7 seconds) is needed. A representative requirement function is in 3 shown.

3 zeigt einen elektrischen Antrieb (E-Antrieb) 96 und einen Antrieb durch inneren Verbrennungsmotor (I-Antrieb) 98 als Funktion der Gaspedalstellung 116 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit 100. Das ist in etwa das Äquivalent einer Funktion von Drehmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine spezielle Kurve 102 ist nur ein Vorschlag und sollte als eichfähiger Schwellenparameter für das Anlassen des Verbrennungsmotors 20 behandelt werden. Sie muss jedoch stets innerhalb – und möglicherweise gerade noch innerhalb – des tatsächlichen Vermögens des elektrischen Antriebs liegen. Für optimalen Kraftstoffverbrauch sollte sie in Nähe der Lage der Antriebskraftschwelle liegen, wie das aus 3 hervorgeht. 3 shows an electric drive (electric drive) 96 and a drive by internal combustion engine (I drive) 98 as a function of accelerator pedal position 116 and a vehicle speed 100 , That's about the equivalent of a function of torque and vehicle speed. A special curve 102 is only a suggestion and should be used as a calibratable threshold parameter for starting the internal combustion engine 20 be treated. However, it must always be within - and possibly just within - the actual assets of the electric drive. For optimum fuel economy, it should be near the location of the driving force threshold, like that 3 evident.

Bei Verwendung der bevorzugten Ausführungsform und des oben beschriebenen Verfahrens zum Anlassen des Verbrennungsmotors verwendet die Vorwegnahmefunktion den Wert und die Größe der Veränderung der Eingangskennwerte, in diesem Fall die Gaspedalstellung "%" und die Fahrzeuggeschwindigkeit "v", die gemeinsam zur Berechnung des Leistungsbedarfs "P" benutzt werden und bestimmt die verbleibende Zeit, bis der Leistungsbedarf eine bestimmte Schwelle nahe des maximalen Vermögens des elektrischen Antriebssystems überschreitet.at Use of the preferred embodiment and the above-described method for starting the internal combustion engine the anticipation function uses the value and the magnitude of the change the input characteristics, in this case the accelerator pedal position "%" and the vehicle speed "v", which are used together to calculate the power demand "P" and determines the remaining one Time until the power requirement reaches a certain threshold near the maximum assets of the electric drive system.

Bei der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der Antizipator für den ersten dieser Übergänge – "Antriebsbereitschaft herstellen" – dazu benutzt, um den Antriebsmotor im Vorfeld auf seine "Leerlaufdrehzahl" zu bringen. Das erzeugt hydraulischen Druck als Vorbereitung der Abgabe von Moment an die Räder. Der Elektromotor/Generator 22 wird abgeschaltet, und der Wandler 34 geht soweit wie zur Minimierung der elektrischen Nebenlasten möglich in "Schlafstellung". Der Antizipator "Antriebsbereitschaft herstellen" berücksichtigt: Fahrzeuggeschwindigkeit (Bewegung in beiden Richtungen zeigt den Bedarf oder die Antriebsleistung an); Drosselklappenbetätigung (z. B. zeigt das Wegnehmen des Fußes von der Bremse die Absicht zum Anfahren an); Hauptzylinderdruck (HZD); und die Geschwindigkeit der Verringerung des Bremsdrucks unter Anwendung des Verhältnisses d(HZD)/dt (d.h. eine rasche Verringerung des Bremsdrucks zeigt die Absicht zum Anfahren an).In the preferred embodiment of this invention, the anticipator for the first of these transitions - "make drive ready" - is used to advance the drive motor to its "idle speed". This generates hydraulic pressure in preparation for the momentary delivery to the wheels. The electric motor / generator 22 is turned off, and the converter 34 goes as far as possible to minimize the electrical secondary loads in "sleeping position". The anticipator "prepare drive readiness" be takes into account: vehicle speed (movement in both directions indicates the demand or the drive power); Throttle actuation (eg, removing the foot from the brake indicates the intention to start); Master cylinder pressure (HZD); and the speed of reducing the brake pressure using the ratio d (HZD) / dt (ie, a rapid decrease in brake pressure indicates the intention to start).

Von diesen vier ist die rasche Verringerung des Bremsdrucks am kritischsten. Ein sich verringernder Bremsdruck kann auch bei Verbleiben eines Restdrucks die Absicht zum Anfahren lange vor der eigentlichen Momenterwartung des Fahrers als Reaktion auf die Gasbetätigung, die einen großen Sekundenbruchteil später erfolgt, anzeigen. Damit kann der Antizipator den Elektromotor/Generator 22 vor dem tatsächlichen Eintritt der Anforderung auf seine "Leerlauf"-Drehzahl bringen, und damit wird sie "antizipiert", d.h. vorweg genommen.Of these four, the rapid reduction in brake pressure is the most critical. Decreasing brake pressure, even with residual pressure remaining, may indicate the intention to start off well before the driver's actual torque expectation in response to the gas actuation occurring a large fraction of a second later. This allows the Antizipator the electric motor / generator 22 before the actual occurrence of the request to its "idle" speed, and thus it is "anticipated", ie anticipated.

Der zweite kritische Übergang – "Schalten auf Verbrennungsmotorleistung" – ist komplexer. Hier ist es wichtig, "Fehlstarts" zu vermeiden, bei denen der Verbren nungsmotor 20 unmittelbar oberhalb der Antriebsleistungsschwelle angelassen wird, nur um einen Augenblick später wieder abgestellt zu werden, während auch "Holperer" vermieden werden, bei denen die Leistungsanforderung das Vermögen des elektrischen Antriebsmotors übersteigt, ehe der Verbrennungsmotor zuschalten kann. Der HEF-Systementwurf muss ausreichend Raum zwischen der Antriebsleistungsschwelle und dem Vermögen von Elektromotor/Generator 22 lassen. Der Antizipator "Schalten auf Verbrennungsmotor" berücksichtigt: Fahrzeuggeschwindigkeit "v" Beschleunigung dv/dt Gaspedalstellung "%" Veränderung der Gaspedalstellung d(%)/dt Masse/Gefälle Es kann möglich sein, die tatsächliche Fahrzeugmasse und möglicherweise das Straßengefälle zu ermitteln und die Betriebsstrategie entsprechend festzulegen. The second critical transition - "switching to engine power" - is more complex. Here it is important to avoid "false starts" where the combustion engine 20 is started immediately above the drive power threshold, only to be turned off a moment later, while also avoiding "bumpers" where the power requirement exceeds the capacity of the electric drive motor before the internal combustion engine can switch on. The HEF system design must allow sufficient space between the drive power threshold and the capacity of the electric motor / generator 22 to let. The anticipator "switching to internal combustion engine" takes into account: vehicle speed "V" acceleration dv / dt accelerator position "%" Change of the accelerator pedal position d (%) / dt Mass / decline It may be possible to determine the actual vehicle mass and possibly the road grade and to set the operating strategy accordingly.

Die hier vorgeschlagene Antizipatorstrategie verlangt, dass der Elektromotor/Generator 22 als ein Pseudo-Verbrennungsmotor fungiert, so dass die Gesamtsteuerung des Fahrzeugs weitestgehend unverändert bleibt, ungeachtet dessen, ob der Verbrennungsmotor 20 läuft oder nicht. Das Drehmomentvermögen eines jeden für sich und in Kombination miteinander ist in 4 gezeigt. 4 soll einen Ausgangspunkt für die Festlegung des Verhältnisses zwischen Fahreranforderung entsprechend Gaspedalstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit und Elektromotor/Generator-Drehmoment bilden.The proposed here Antizipatorstrategie requires that the electric motor / generator 22 acts as a pseudo internal combustion engine, so that the overall control of the vehicle remains largely unchanged, regardless of whether the internal combustion engine 20 is running or not. The torque capacity of each individually and in combination with each other is in 4 shown. 4 should provide a starting point for establishing the ratio between driver demand corresponding to accelerator pedal position and vehicle speed and electric motor / generator torque.

4 zeigt ein Drehmomentdiagramm 102 eines elektrischen Antriebs und ein Drehmomentdiagramm 106 eines Verbrennungsmotors als Funktion von Drehmoment 108 des Drehmomentdiagramms und Drehzahl 110 des Drehmomentdiagramms. Ein Summendrehmoment 112 vereint das Drehmomentdiagramm 102 des elektrischen Antriebs und das Drehmomentdiagramm 106 des Verbrennungsmotors. Beide Drehmomentkurven sind stark vereinfacht. Die von der Batterie begrenzte Drehmomentkurve der bevorzugten HEF-Ausführungsform ist einem 25 kW Motor angenähert. Eine leistungsstärkere Batterie würde den Bereich der Drehmomentkonstanz bis auf über 2500 min–1 erweitern. 4 shows a torque diagram 102 an electric drive and a torque diagram 106 an internal combustion engine as a function of torque 108 of the torque diagram and speed 110 of the torque diagram. A total torque 112 combines the torque diagram 102 of the electric drive and the torque diagram 106 of the internal combustion engine. Both torque curves are greatly simplified. The battery-limited torque curve of the preferred HEF embodiment approximates a 25 kW motor. A more powerful battery would expand the range of torque constancy to over 2500 min -1 .

4 hat auch einen Antizipator 114"Umschalten auf Verbrennungsmotor" mit einem offenen Kreis, der Momentanwerte der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahreranforderung weit oberhalb der Antriebsleistungsschwelle (10 kW), aber weit unterhalb der Grenze des elektrischen Antriebs (25 kW) anzeigt. Die Länge des horizontalen Vektors zeigt die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs an, und der vertikale Vektor die Größe der Fahreranforderung. Beide werden mit der voraussichtlichen Zeit zum Anlassen des Verbrennungsmotors (z. B. 700 ms) multipliziert, danach zur Extrapolierung der erwarteten neuen Stellung nach 700 ms summiert. In 4 liegt die extrapolierte Position – der Antizipatorpunkt – am Ort des Antriebsvermögens des Elektromotors und zeigt an, dass es Zeit zum Anlassen des Verbrennungsmotors 20 ist. 4 also has an anticipator 114 ' Switching to internal combustion engine "with an open circuit indicating instantaneous values of vehicle speed and driver demand far above the drive power threshold (10 kW) but well below the limit of the electric drive (25 kW) .The length of the horizontal vector indicates the acceleration performance of the vehicle. and the vertical vector is the magnitude of the driver demand, both multiplied by the estimated time to start the engine (eg, 700 ms), then summed to extrapolate the expected new position after 700 ms 4 is the extrapolated position - the Antizipatorpunkt - at the location of the driving power of the electric motor and indicates that it is time to start the engine 20 is.

Fällt die Spitze des Antizipators durch Reduzierung von Geschwindigkeit und/oder Anforderung unter die Schwelle der Antriebsleistung, dürfte der Verbrennungsmotor nicht angelassen werden. Liegt der Antizipatorvektor innerhalb des Vermögens des Elektromotors, erfolgt die Entscheidung zum Anlassen des Verbrennungsmotors auf der Grundlage von Wirksamkeit. Diese Entscheidung beruht auf einer bestimmten Kombination eines laufenden Durchschnitts von Leistungsanforderung und aufgelegter Hysterese auf der Antriebsleistungsschwelle (z. B. Verwenden einer oberen Schwelle zum Anlassen und einer niederen Schwelle zum Abstellen des Verbrennungsmotors). Ein zufälliges Weiterlaufen des Verbrennungsmotors 20 bei Leistung unmittelbar unter der Schwelle oder Laufen des Elektromotors/Generators 22 unmittelbar darüber wirkt sich nicht wesentlich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus. Die breite Lücke zwischen der Antriebsleistungsschwelle und dem Vermögen von Elektromotor/Generator 22 ist absichtlich in das HEF-System eingebaut, um gelegentliche, jedoch kurze Zeitabschnitte hoher Antriebsleistung zu ermöglichen, ohne ein Anlassen des Verbrennungsmotors 20 für vielleicht nur eine sehr kurze Zeit zu erzwingen. Da das System sehr wenig Zeit in diesem eher unwirtschaftlichen Modus verweilt (weil sich der laufende Leistungsdurchschnitt rasch erhöht) und er bei Nachweisprüfungen in keiner Weise in Erscheinung tritt, wird der Kraftstoffverbrauch dadurch nicht ausgehöhlt. Durch Eichung der Antizipatorfunk- tionen, möglicherweise mit Einbeziehung von Polynomen höherer Ordnung oder anderer nichtlinearer Funktionen und sorgfältige Anlage der Leistungsmittlungsfunktionen kann die optimale Energiemanagementstrategie ohne zusätzliches Ärgernis durch Fehlstarts und Holperer realisiert werden.If the tip of the anticipator falls below the threshold of drive power by reducing speed and / or demand, the engine should not be started. If the anticipator vector is within the property of the electric motor, the decision to start the engine is made based on effectiveness. This decision is based on a certain combination of a running average of power demand and applied hysteresis on the drive power threshold (eg, using an upper threshold for cranking and a lower threshold for turning off) put the internal combustion engine). A random continuation of the internal combustion engine 20 at power immediately below the threshold or running of the electric motor / generator 22 directly above it does not have a significant adverse effect on fuel economy. The wide gap between the drive power threshold and the ability of electric motor / generator 22 is purposely built into the HEF system to allow for occasional but short periods of high drive power without starting the engine 20 for maybe a very short time to force. Since the system spends very little time in this rather uneconomic mode (because the current performance average is increasing rapidly) and it does not appear in any proof tests, it does not erode fuel consumption. By calibrating the anticipator functions, possibly incorporating higher order polynomials or other nonlinear functions, and carefully conditioning the power detection functions, the optimal energy management strategy can be realized without additional nuisance due to false starts and bumpers.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Antriebsleistungsschwelle, bei der der Verbrennungsmotor 20 angelassen werden muss, mathematisch ausgedrückt werden als: P = a × Tq × V; dP/dt = a × Tq × dV/dt + a ×Geschwindigkeit × dTq/dt;mit "a" als einer Konstanten. Die vor Überschreiten der Schwelle verbleibende Zeit "T" ist gegeben durch T = (Pmax – P)/(dP/dt). In the preferred embodiment of the present invention, the drive power threshold at which the internal combustion engine 20 to be tempered, expressed mathematically as: P = a × T q × V; dP / dt = a × T q × dV / dt + a × speed × dT q / Dt; with "a" as a constant. The time remaining before the threshold is exceeded "T" is given by T = (P Max - P) / (dP / dt).

Ist, wie in 4, auch eine Drehmomentobergrenze vorhanden, muss auch die Zeit bis zum Erreichen dieser Grenze bestimmt werden als: T = (Tqmax – Tq)/(dTq/dt). Is, as in 4 , even if an upper limit of torque exists, the time to reach this limit must also be determined as: T = (T qmax - T q ) / (DT q / Dt).

Wenn es zum Beispiel eine Sekunde dauert, den Verbrennungsmotor 20 anzulassen und auf eine bestimmte Zielleistung hochzufahren, wird der Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 20 eingeleitet, wenn die "Antizipatorzeit" unter eine Sekunde fällt. Die Anwendung der Antizipatorfunktion zur Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor 20 als Reaktian auf die Erhöhung der Leistungsanforderung anzulassen ist, verringert die Häufigkeit von "Fehlstarts", nach denen die Leistungsanforderung nur eine kurze Zeit hoch ist, aber zu keinem Zeitpunkt die von Elektromotor/Generator 22 übersteigt, wobei gesichert wird, dass der Verbrennungsmotor 20 rechtzeitig angelassen wird, um bei Bedarf Leistung bereitzustellen.For example, if it takes one second, the internal combustion engine 20 start and start up on a certain target performance, the starting process of the internal combustion engine 20 initiated when the "anticipator time" drops below one second. The application of the anticipator function to determine if the internal combustion engine 20 when reactivation is to be started on increasing the power demand reduces the frequency of "false starts", after which the power demand is only a short time high, but at no time that of electric motor / generator 22 exceeds, being assured that the internal combustion engine 20 is started on time to provide power when needed.

Antizipatoren können auch bestimmen, ob der Verbrennungsmotor 20 als Reaktion auf ein plötzliches Absinken der Leistungsanforderung abzustellen ist, einfach durch Auswahl einer niedrigeren Leistungsschwelle. Der Druck des Hauptbremszylinders (HZD) einer HEF-Bremsanlage und der Zeitwert der Änderung können ebenfalls in diese Antizipatorfunktion einbezogen werden.Anticipators can also determine if the internal combustion engine 20 in response to a sudden drop in power demand, simply by selecting a lower power threshold. The pressure of the master brake cylinder (HZD) of a HEF brake system and the time value of the change can also be included in this Antizipatorfunktion.

Beim Betrieb des HEF-Systems in der bevorzugten Ausführungsform muss der Elektromotor/Generator 22 laufen, damit am Getriebe ein Moment anliegt. Zur Reduzierung des Energieverbrauches ist es jedoch günstig, den Elektromotor/Generator 22 nach Möglichkeit zu stoppen und gänzlich abzuschalten, wenn das Fahrzeug steht. Bei einer einfachen Ausführung kann das Betätigen eines Gaspedals, jede Fahrzeugbewegung oder das Lösen der Bremskraft als Auslöser für das erneute Einschalten des Motors/Generators 22 benutzt werden. Jedoch könnte eine solche einfache Steuerung zu einer unerwünschten Verzögerung beim Inbewegungsetzen des Fahrzeugs führen. Ein Antizipator, der die Kraft an der Bremse und deren Änderung beobachtet, um die verbleibende Zeit zu bestimmen, bevor sich das Fahrzeug in Bewegung setzen kann oder bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit "Kriechen" (Vorwärtsbewegung ohne Berühren von Bremse oder Gaspedal) in Bewegung setzen würde, kann als Signal für die Notwendigkeit des Laufens des Verbrennungsmotors benutzt werden. Das System wäre bereit Leistung abzugeben, noch ehe der Fahrer sie tatsächlich anfordern kann. Im Falle des HEF der bevorzugten Ausführungsform verbraucht ein "Fehlstart" des Motors/Generators 22 wenig Energie und ist möglicherweise nicht bemerkbar.When operating the HEF system in the preferred embodiment, the electric motor / generator 22 run, so that a moment is applied to the transmission. However, to reduce energy consumption, it is convenient to use the electric motor / generator 22 if possible stop and switch off completely when the vehicle is stationary. In a simple embodiment, the operation of an accelerator pedal, any vehicle movement or the release of the braking force as a trigger for the restart of the motor / generator 22 to be used. However, such a simple control could result in an undesirable delay in vehicle launch. An anticipator that monitors brake force and change to determine the time remaining before the vehicle can move or start moving in a conventional vehicle with "creep" (forward motion without touching the brake or accelerator pedal) could be used as a signal for the necessity of running the internal combustion engine. The system would be ready to deliver power even before the driver can actually request it. In the case of the HEF of the preferred embodiment, a "false start" of the motor / generator is consumed 22 low energy and may not be noticeable.

Andere Fahrzeugbedingungen und Steuerungsparameter können bei künftigen Antizipatorstrategien beachtet werden. Auch können zur Verbesserung des Gesamtfahrverhaltens des Systems komplexere Funktionen als die hier beschriebenen einfachen linearen Abhängigkeiten benutzt werden.Other Vehicle conditions and control parameters may be considered in future anticipator strategies become. Also can To improve the overall ride of the system more complex Functions as the simple linear dependencies described here to be used.

Claims (6)

Steuerungssystem für den Antriebsstrang eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, das umfaßt: einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor (20), einem Elektromotor/Generator (22) und einer Trennkupplung (24) zwischen dem Verbrennungsmotor (20) und dem Elektromotor/Generator (22); und einen Fahrzeugsystemregler (36), der einen Motorregler (38) zum Regeln des Verbrennungsmotors (20) und einen Elektromotor/Generator-Regler (42) zum Regeln des Elektromotors/Generators (22) umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsystemregler eine Vorwegnahmefunktion umfaßt, die den Wert und die Größe der Veränderung der Gaspedalstellung (%) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zur Berechnung des Leistungsbedarfs (P) verwendet und die verbleibende Zeit bestimmt, bis der Leistungsbedarf eine bestimmte Schwelle nahe des maximalen Vermögens des Elektromotors/Generators (22) überschreitet.A powertrain control system of a hybrid electric vehicle, comprising: a powertrain having an internal combustion engine ( 20 ), an electric motor / generator ( 22 ) and a separating clutch ( 24 ) between the internal combustion engine ( 20 ) and the electric motor / generator ( 22 ); and a vehicle system controller ( 36 ), a motor controller ( 38 ) for controlling the internal combustion engine ( 20 ) and an electric motor / generator controller ( 42 ) for controlling the electric motor / generator ( 22 ); characterized in that the vehicle system controller includes an anticipatory function that uses the value and magnitude of the accelerator pedal position (%) and vehicle speed (v) to calculate the power demand (P) and determines the remaining time until the power demand approaches a certain threshold of the maximum assets of the electric motor / generator ( 22 ) exceeds. Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Hybrid-Elektrofahrzeug ein Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeug ist.Control system according to claim 1, wherein the hybrid electric vehicle is a parallel hybrid electric vehicle. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsystemregler eine mathematische Funktion umfaßt, durch die Fehlstarts des Verbrennungsmotors wegen zu frühen Anlassens des Verbren nungsmotors und Leistungslücken durch nicht zu frühes Anlassen des Verbrennungsmotors reduziert oder eliminiert werden.Control system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that Vehicle system controller includes a mathematical function the false starts of the engine due to early cranking the combustion engine and performance gaps by not too early tempering the internal combustion engine can be reduced or eliminated. Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, umfassend die Schritte: Erzeugen eines Momentes des Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor (20), einen Elektromotor/Generator (22) und eine Trennkupplung (24) umfaßt; Regelung des Hybrid-Elektrofahrzeugs durch einen Fahrzeugsystemregler (36), der einen Motorregler (38) zum Regeln des Verbrennungsmotors (20) und einen Elektromotor/Generator-Regler (42) zum Regeln des Elektromotors/Generators (22) umfaßt; und Vorwegnahme der Fahreranforderung unter Anwendung einer mathematischen Vorwegnahmefunktion, die den Wert und die Größe der Veränderung der Gaspedalstellung (%) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zur Berechnung des Leistungsbedarfs (P) verwendet und die verbleibende Zeit bestimmt, bis der Leistungsbedarf eine bestimmte Schwelle nahe des maximalen Vermögens des Elektromotors/Generators (22) überschreitet.A method of controlling the powertrain of a hybrid electric vehicle, comprising the steps of: generating a torque of the powertrain that is an internal combustion engine ( 20 ), an electric motor / generator ( 22 ) and a separating clutch ( 24 ); Regulation of the hybrid electric vehicle by a vehicle system controller ( 36 ), a motor controller ( 38 ) for controlling the internal combustion engine ( 20 ) and an electric motor / generator controller ( 42 ) for controlling the electric motor / generator ( 22 ); and anticipating the driver request using a mathematical anticipation function that uses the value and magnitude of the accelerator pedal position (%) and vehicle speed (v) to calculate the power demand (P) and determines the remaining time until the power demand approaches a certain threshold of the maximum assets of the electric motor / generator ( 22 ) exceeds. Verfahren nach Anspruch 4, bei der das Hybrid-Elektrofahrzeug ein Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeug ist.The method of claim 4, wherein the hybrid electric vehicle a parallel hybrid electric vehicle is. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mathematische Funktion verwendet wird, durch die Fehlstarts des Verbrennungsmotors wegen zu frühen Anlassens des Verbrennungsmotors und Leistungslücken durch nicht zu frühes Anlassen des Verbrennungsmotors reduziert oder eliminiert werden.Method according to claim 4 or 5, characterized that one mathematical function is used by the false starts of the Internal combustion engine because of too early Starting the internal combustion engine and performance gaps by not too early starting the internal combustion engine can be reduced or eliminated.
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